Schallausbreitung im Freien

Über kurze Strecken genügt eine Zahl: Bei jeder Verdopplung der Entfernung verliert eine Punktquelle im Freien rund 6 dB. Diese Rechnung gilt im Garten bis etwa 50 Meter — und sie erklärt nicht, warum dasselbe Gartenfest an einem Abend beim Nachbarn kaum zu hören ist und am nächsten deutlich. Jenseits der reinen Abstandsdämpfung kommen vier weitere Beiträge dazu: die Luft selbst, der Boden, Bewuchs und Hindernisse — und das Wetter, das von allen den größten Unterschied macht. Wie sich diese Beiträge addieren, beschreibt das Berechnungsverfahren nach ISO 9613-2. Um die rechtliche Seite geht es hier ausdrücklich nicht; Grenzwerte, Ruhezeiten und Zuständigkeiten stehen auf der Seite zum rechtlichen Rahmen für Beschallung im Freien.

Die Rechnung, die man kennt — und wo sie aufhört

Das Abstandsgesetz beschreibt nur einen Vorgang: Die abgestrahlte Leistung verteilt sich auf eine Kugelfläche, die mit dem Quadrat der Entfernung wächst. Wie sich daraus die 6 dB je Verdopplung ergeben und was das für die Zahl der Lautsprecher im Garten bedeutet, steht auf der Formelseite zum Pegelabfall im Freifeld.

Die Grenze dieser Rechnung liegt nicht an einer bestimmten Zahl von Metern, sondern daran, dass sie die Luft als verlustfrei und den Weg als leer annimmt. Über kurze Strecken ist das eine gute Näherung — die Zusatzbeiträge sind dort so klein, dass sie im Rundungsfehler verschwinden. Mit wachsender Entfernung kehrt sich das Verhältnis um: Die geometrische Abnahme wird pro Meter immer kleiner, die Zusatzbeiträge wachsen weiter. Ab etwa 50 Metern bestimmen deshalb sie das Ergebnis, nicht mehr der Abstand.

Was ISO 9613-2 aus einer Zeile macht

Das genormte Verfahren rechnet nicht anders, sondern vollständiger. Es zerlegt die Dämpfung zwischen Quelle und Empfangsort in Beiträge, die einzeln bestimmt und dann addiert werden:

• die geometrische Ausbreitung — die 6 dB je Verdopplung, die schon bekannt sind,
• die Luftabsorption, abhängig von Frequenz, Temperatur und Luftfeuchte,
• die Bodenwirkung, abhängig von der Beschaffenheit des Bodens und von der Höhe von Quelle und Empfänger,
• die Abschirmung durch Hindernisse,
• sowie ein Sammelposten für Bewuchs, Bebauung und Industriegelände.

Gerechnet wird in Oktavbändern, denn fast jeder dieser Beiträge ist frequenzabhängig — und zwar in unterschiedliche Richtungen. Genau darin liegt der Wert des Verfahrens: Es liefert nicht eine Zahl, sondern zeigt, welcher Frequenzbereich wie weit kommt.

Zwei Eigenschaften des Verfahrens sind für das Verständnis wichtiger als seine Formeln. Erstens rechnet es für Ausbreitungsbedingungen, die den Schall begünstigen — Mitwind oder eine leichte Temperaturinversion über dem Boden. Es beschreibt also nicht den mittleren Abend, sondern den ungünstigen. Zweitens zielt es auf Langzeitmittelwerte und hat dafür eine eigene meteorologische Korrektur; für die Frage, wie ein einzelner Filmabend beim Nachbarn ankommt, ist es das falsche Werkzeug.

Die Luft schluckt zuerst die Höhen

Schall setzt auf seinem Weg einen Teil seiner Energie in Wärme um, und dieser Verlust wächst mit der Frequenz — bei hohen Tönen um Größenordnungen stärker als im Bass. Dazu kommt eine Abhängigkeit von Temperatur und Luftfeuchte, die nicht gleichmäßig verläuft: Trockene Luft dämpft in bestimmten Bereichen deutlich stärker als feuchte. Berechnet wird das nach ISO 9613-1; den Mechanismus dahinter führt der Glossareintrag zur Luftabsorption aus.

Die Folge kennt jeder, ohne sie zu benennen. Aus der Ferne klingt ein Konzert oder eine Feier dumpf, weil von der Musik nur der untere Teil des Spektrums übrig ist. Das ist nicht die Anlage, das ist die Wegstrecke. Und daraus folgt die praktisch wichtigste Konsequenz dieser Seite: Was beim Nachbarn ankommt, ist überwiegend Tiefton — genau der Anteil, den ein A-bewerteter Messwert am stärksten unterbewertet. Warum diese Bewertung so aussieht, erklärt die Seite zu menschlichem Hören und Lautheit; was daraus rechtlich folgt, der rechtliche Rahmen.

Der Boden mischt sich ein

Zwischen Quelle und Ohr gibt es im Freien fast immer zwei Wege: den direkten und den über den Boden. Beide treffen zeitversetzt ein und überlagern sich — je nach Frequenz verstärken sie sich oder löschen sich teilweise aus. Der Vorgang hat einen eigenen Namen und einen eigenen Eintrag: den Bodeneffekt.

Über hartem Boden wie Pflaster, Beton oder Wasser wird fast alles zurückgeworfen. Die Reflexion addiert sich zum Direktschall, und der Pegel liegt höher, als die reine Abstandsrechnung ergibt. Über weichem Boden wie Rasen, lockerer Erde oder Schnee wird ein Teil geschluckt, und die Überlagerung führt in einem Band im unteren Mittelton zu einer deutlichen Absenkung. Wie stark und bei welcher Frequenz, hängt an den Höhen von Quelle und Empfänger über dem Boden — eine Änderung um einen Meter verschiebt das Ergebnis spürbar.

Für die Planung heißt das zweierlei. Eine Wasserfläche oder eine gepflasterte Fläche zwischen Terrasse und Nachbargrundstück ist ein guter Schallweg und arbeitet gegen alle anderen Maßnahmen. Und Messwerte, die in unterschiedlicher Höhe aufgenommen wurden, sind nicht ohne Weiteres vergleichbar.

Wetter ist die größte Unsicherheit

Der Schall läuft nicht geradeaus, wenn seine Geschwindigkeit sich mit der Höhe ändert — er wird gekrümmt, ganz ähnlich wie Licht beim Übergang zwischen zwei Medien. Der Effekt heißt Schallbrechung durch Wind- und Temperaturschichtung; zwei Ursachen wirken dabei zusammen.

Die eine ist der Wind. Er nimmt mit der Höhe zu, weil ihn der Boden bremst. In Windrichtung addiert sich diese Strömung zur Schallgeschwindigkeit, und weil sie oben größer ist als unten, biegen die Schallstrahlen nach unten ab — der Ton wird zum Nachbarn hin regelrecht heruntergedrückt und reicht weiter, als jede Abstandsrechnung erwarten lässt. Gegen den Wind kehrt sich das um: Die Strahlen biegen nach oben weg, und in einiger Entfernung entsteht ein Schallschatten. Das ist der Grund, warum dieselbe Anlage je nach Windrichtung völlig unterschiedlich beurteilt wird.

Die andere ist die Temperaturschichtung. Schall läuft in wärmerer Luft schneller. Tagsüber ist der Boden von der Sonne aufgeheizt, oben ist es kühler, und die Strahlen biegen nach oben — der Ton verliert sich in die Höhe. Nachts kühlt der Boden aus und die Schicht darüber bleibt wärmer; diese Umkehrung führt zur Krümmung nach unten. Damit ist erklärt, was viele für Einbildung halten: Abends und nachts reicht derselbe Pegel tatsächlich weiter, ganz ohne Wind und ohne dass es ringsum leiser geworden wäre. Beschrieben hat diesen Zusammenhang bereits Osborne Reynolds 1874 in einer Arbeit über die Brechung des Schalls in der Atmosphäre.

Die Konsequenz ist unbequem: Eine einzelne Messung im Freien ist ohne Angabe der Wetterlage nur begrenzt aussagekräftig. Wer belastbar wissen will, was ankommt, misst bei der ungünstigen Bedingung — abends, bei Wind in Richtung des Nachbarn — und nicht am windstillen Nachmittag.

Hecke, Wand und die Grenzen der Abschirmung

Ein blickdichter Sichtschutz gilt weithin als Schallschutz. Das ist die Stelle, an der die Erwartung am weitesten von der Physik abweicht.

Bewuchs dämpft, aber schwach: Für eine spürbare Wirkung braucht es nicht eine Heckenreihe, sondern dichten Bestand über eine Tiefe von mehreren Dutzend Metern, und selbst dann bleibt der Beitrag klein gegenüber allem anderen. Was eine Hecke am Zaun tatsächlich verändert, ist die Sicht auf die Quelle, und das verschiebt die Bewertung: Ein Geräusch, dessen Verursacher man sieht, wird anders eingeordnet als eines, das nur zu hören ist. Diese Wirkung ist real und in einer Nachbarschaft nicht wenig wert — nur wird sie kein Messgerät bestätigen.

Eine feste Wand kann dagegen etwas ausrichten, aber nur unter Bedingungen. Sie muss die Sichtlinie zwischen Quelle und Ohr unterbrechen, sie muss schwer genug sein, damit der Schall nicht einfach hindurchgeht, und sie darf keine Lücken haben. Ihre Wirkung entsteht durch Beugung an der Oberkante, und wie stark sie ausfällt, beschreibt das empirische Abschirmmaß, das Zyun-iti Maekawa 1968 an der Universität Kobe aus Messreihen ableitete: Es hängt vom Umweg ab, den der Schall über die Kante nehmen muss, gemessen in Wellenlängen. Daraus folgt unmittelbar, warum Abschirmung im Bass kaum funktioniert — bei großen Wellenlängen ist der Umweg im Verhältnis winzig, und der Schall läuft praktisch ungestört um die Kante herum. Und es folgt, warum eine Wand dicht an der Quelle oder dicht am Empfänger mehr bringt als eine auf halber Strecke. Beides lässt sich beziffern: Die Rechnung dazu steht auf der Formelseite zum Abschirmmaß eines Schallschirms.

Damit treffen sich zwei Befunde dieser Seite an derselben Stelle: Die Luft nimmt dem Schall unterwegs vor allem die Höhen, und Abschirmung wirkt genau dort am besten, wo ohnehin schon wenig übrig ist. Übrig bleibt in beiden Fällen der Tiefton. Gegen ihn hilft weder Bewuchs noch Wand, sondern nur, ihn im Garten gar nicht erst in dieser Stärke zu erzeugen — über die Pegelplanung und über eine Absenkung nach hinten heraus.

Was daraus für die Planung folgt

Drei Schlüsse ziehen sich durch alle Abschnitte.

Die Ausrichtung wiegt schwerer als der Abstand. Weil der Pegel in der Ferne nur noch langsam abnimmt, bringen ein paar Meter mehr Abstand zur Grundstücksgrenze fast nichts. Wohin eine Quelle strahlt, verändert das Ergebnis dagegen erheblich, und diese Größe kommt in der Abstandsrechnung überhaupt nicht vor. Wie Richtwirkung beziffert wird, klärt der Glossareintrag Richtwirkung und Bündelungsmaß.

Ausgelegt wird für den Abend, nicht für den Nachmittag. Nachts reicht derselbe Pegel weiter, und gleichzeitig sinkt der Hintergrundpegel, gegen den er sich abhebt. Eine Probe am Nachmittag sagt über diesen Fall wenig aus. Wer will, dass eine Anlage abends unauffällig bleibt, hinterlegt dafür Pegelgrenzen und Zeitprofile im System, statt sich auf die Bedienung zu verlassen.

Eine Messung ist belastbarer als eine Rechnung. Das Normverfahren ist für langfristige Beurteilungen gebaut und braucht Eingangsdaten, die im Privatgarten selten vorliegen — Bodenarten, Quellenhöhen und die abgestrahlte Schallleistung je Oktavband. Eine Messung an der Grundstücksgrenze bei ungünstiger Wetterlage, mit protokollierter Bedingung, liefert dieselbe Auskunft mit weniger Annahmen.

Grenzen und Sonderfälle

Das Verfahren beschreibt Beurteilungspegel, nicht Höreindruck. Es liefert Mittelwerte über längere Zeiträume in Frequenzbändern. Ob Musik als störend empfunden wird, hängt zusätzlich daran, dass sie informationshaltig ist — ein Rhythmus ist aus dem Hintergrund heraushörbar, auch wenn der Pegel niedrig liegt.

Gelände und Bebauung fallen aus dem Raster. Hanglagen, Innenhöfe mit umlaufenden Fassaden, Häuserzeilen als Reflektoren, ein See zwischen zwei Grundstücken: Solche Situationen kann das Standardverfahren nur grob abbilden. Im Zweifel entscheidet die Messung.

Mehrere Quellen addieren sich energetisch. Vier gleich laute Lautsprecher liefern in der Ferne rund 6 dB mehr als einer allein, nicht das Vierfache. Der Vorteil der verteilten Lösung liegt deshalb nicht vorrangig im niedrigeren Pegel beim Nachbarn, sondern in der gleichmäßigen Versorgung der eigenen Fläche; die Rechnung dazu steht auf der Formelseite.

Diese Seite nennt keine Grenzwerte. Was zulässig ist, richtet sich nach Landesrecht, Gebietsart und Tageszeit und steht auf der Seite zum rechtlichen Rahmen für Beschallung im Freien. Hier steht ausschließlich die Physik.

Verknüpfte Inhalte

Die Grundrechnung und ihr Rechenbeispiel stehen auf der Formelseite zum Pegelabfall im Freifeld; was rechtlich gilt, auf der Seite zum rechtlichen Rahmen für Beschallung im Freien. Warum A-bewertete Messwerte den Bass unterschätzen, erklärt menschliches Hören und Lautheit, die Rechenregeln hinter den Pegelangaben der Glossareintrag Dezibel. Wie sich die Richtwirkung einer Quelle beziffern lässt, steht unter Richtwirkung und Bündelungsmaß; warum dieselbe Rechnung im Wohnzimmer nicht gilt, unter Hallradius. Die drei Einzelmechanismen dieser Seite haben eigene Kurzeinträge: Luftabsorption, Bodeneffekt und Schallbrechung durch Wind- und Temperaturschichtung. Für den Filmabend im Garten ordnet die Seite Outdoor-Kino die technischen Wege ein, die Planung führt der Outdoor-Audio-Guide.

Quellen

Das Berechnungsverfahren mit seinen Dämpfungstermen folgt ISO 9613-2, die Luftabsorption ISO 9613-1. Das Abschirmmaß von Hindernissen geht auf die Messreihen von Maekawa zurück, die Krümmung der Schallstrahlen durch Wind- und Temperaturschichtung auf die Arbeit von Reynolds und die Standardliteratur zur Außenlärmausbreitung. Der planerische Teil folgt der AVITECT-Praxis aus den Outdoor-Sichtungen.